作者:马帅莎 李莉 来源:中国新闻网 发布时间:2022/8/4 17:05:18
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“天外”立体瞰森林,中国碳汇监测进入天基遥感时代

 

中新社北京8月4日电 (马帅莎 李莉)8月4日,陆地生态系统碳监测卫星(简称“碳星”)在太原卫星发射中心由长征四号乙运载火箭成功发射,其主要任务是监测陆地生态系统能吸收多少二氧化碳,即考察陆地生态系统的碳汇能力,为中国推进碳达峰碳中和提供重要的遥感支撑。

过去,中国传统的碳汇测量主要依靠人工对森林植被进行抽样监测,碳星的应用标志着中国碳汇监测进入天基遥感时代。该卫星由中国航天科技集团五院遥感卫星总体部抓总研制,是世界首颗森林碳汇主被动联合观测的遥感卫星,能实现对森林植被生物量、气溶胶分布、叶绿素荧光的高精度定量遥感测量。

据悉,植被高度、植被面积、叶绿素荧光和大气PM2.5含量是计算森林碳汇能力的核心数据。作为森林碳汇监测的“专业星”,碳星配置了多波束激光雷达、多角度多光谱相机、超光谱探测仪、多角度偏振成像仪等4种载荷支持获取以上数据。

测量森林的“天外之尺”

借助多波束激光雷达,碳星通过计算激光到树冠和地面的时间差计算树木高度,卫星一次测量发射出激光的光束数量、发射频次则决定测量精度。然而要在数百公里高的卫星轨道上实现精确测量并不容易。

由于卫星轨道较高,大部分的激光能量会耗散在路上,这就要求激光发射系统向地面射出的激光能量必须足够强,激光接收系统足够灵敏,能将微弱的回波信号从太阳光等强噪声里提取出来。此外,激光发射和接收系统还必须精确对准地面同一个目标。

对此,多波束激光雷达采用了主被动一体化的方式进行探测,首次将负责主动探测的激光雷达和被动探测的遥感相机集成到一台载荷上。激光雷达通过点探测可获得森林的垂直高度信息,遥感相机通过面探测获取大范围地面图像。

三维立体“多目”瞰森林

为了准确还原森林茂密程度,研制团队为卫星设计安装了5个多光谱相机,实现对地五个角度立体观测。

在对植被的观测中,多角度多光谱相机可分别从垂直0度、正负19度、正负41度5个方向获取同一地面景物的多光谱图像数据,不仅能看清森林冠顶,还能看清其侧面,了解森林的疏密分布、健康、长势等情况。

此外,这些不同角度的相机还能“看”出森林的健康情况,进而推算其固碳能力。根据健康植被的红边波段反射率会大幅上升这一特点,研制团队将其中两台大角度观测相机全色谱段改为红边谱段,其余小角度观测相机仍采用传统可见光波段设置,这样能更加全面准确地观测植物氮素含量、叶绿素含量、病虫害、生物量估算等。

追捕叶绿素荧光

叶绿素是植被光合作用的关键影响因素,叶绿素荧光的探测直接关系大尺度的植被光合作用动态监测,成为碳汇监测重要环节。

叶绿素荧光的光谱范围狭窄,仅纳米级宽度,在自然光中探寻它,相当于在图书架里寻找一纸密文,并且其能量在植被反射能量中也非常微弱。

对此,科研人员为碳星配置了超光谱探测仪,将光谱分辨率较传统提升10倍,实现国际首次0.3纳米精细探测,可探测到人眼无法辨识的细微的太阳光明暗变化。它能将670纳米至780纳米这段光的颜色展分成1000多个渐变色彩,更有效地寻找“躲藏”在某个渐变色角落里的叶绿素荧光。(完)

 
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